不同插层改性生物炭表征及对水中阿特拉津的吸附特性

发布时间：2020-07-14 06:43

【摘要】：农药在环境中的积累量随着人们种植时间的增加而不断提高。为了有效的去除或减轻农药对土壤以及水体的污染,生物炭以及改性生物炭等材料逐渐成为研究热点。生物炭材料是一种清洁吸附剂,具有高比表面积和很强的吸附性能。层状双氢氧化物(LDH)是阴离子粘土材料,它也具有较大的比表面积和较强的可调性。本研究运用不同的LDH来改性生物炭得到双金属LDH(Zn/Al-LDH、Ni/Fe-LDH、Mg/Al-LDH)改性生物炭和三金属LDH(Ni/Fe/Zn-LDH)改性生物炭。这些材料采用两种制备方法,一种是运用600℃热解得到的生物炭与LDH的前处理液混合后共成沉淀,烘干研磨得到双金属LDH改性材料BCL/三金属LDH改性生物炭材料BC-LDH;另一种是用生物质(玉米秸秆粉末)/生物炭与LDH前处理液混合后共成沉淀,所得产物烘干后在600℃热解得到双金属LDH改性生物炭BMLP/三金属LDH改性生物炭BC-LDH-P。研究它们对阿特拉津的吸附性能。旨在更好地了解插层改性生物炭对有机污染物的吸附性能,找到高吸附性能的生物炭改性材料。获得结果如下:(1)通过SEM、BET比表面积、FT-IR、XRD、XPS、ζ-电位等对玉米秸秆生物炭BC、双金属LDH和三金属LDH改性生物炭进行表征分析。结果表明LDH改性生物炭表面颗粒度与原始生物炭相比明显变小,且表面官能团发生了明显的变化,其中主要有CO_3~2-基团和OH-基团,且LDH材料与生物炭结合度较高,其稳定性较好。(2)双金属LDH改性生物炭对水中阿特拉津的吸附能力在不同的改性材料之间存在差别。BMLP路径制备的改性生物炭对阿特拉津的吸附量高于BCL。在路径BMLP中对阿特拉津的饱和吸附量大小顺序为BMLP-Z(257.34 mg/g)BMLP-N(98.42 mg/g)BMLP-M(92.12mg/g)BC(54.05mg/g),pH对吸附性能影响不大。原始生物炭BC和Mg/Al-LDH吸附动力学符合准一级反应动力学,Zn/Al-LDH和Ni/Fe-LDH改性生物炭符合准二级反应动力学。原始生物炭和Mg/Al-LDH改性材料中的BCL-M吸附行为符合Langmuir吸附等温式,其他双金属LDH改性生物炭符合Freundlich吸附等温式。(3)三金属LDH改性生物炭材料研究中,以Ni:Fe:Zn=2:1:0.5的比例制备Ni/Fe/Zn-LDH改性生物炭,研究其对水中阿特拉津的吸附能力。结果表明,吸附性能力大小顺序BC-LDH-PBC-LDHBC,饱和吸附量分别为123.35mg/g、105.54 mg/g和54.05 mg/g。改性材料吸附动力学符合准二级反应动力学,吸附行为符合Freundlich吸附等温式。吸附过程中CO_3~2-起到重要的作用,π-π键相互作用也参与了该过程。(4)针对Ni/Fe-LDH加入Zn元素得到的三金属LDH改性生物炭进行了初步探索,虽然结果显示三金属Ni/Fe/Zn-LDH改性生物炭的吸附量不如Zn/AI-LDH改性生物炭,但该材料的吸附性能优于Ni/Fe-LDH改性生物炭,证明了Zn元素具有增强材料吸附阿特拉津性能作用,故本试验三金属Ni/Fe/Zn-LDH改性生物炭成功,有一定理论意义。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X52;X592
【图文】：

技术路线图,技术路线

技术路线

SEM图,原始生物,生物炭

3.1 双金属 LDH 改性生物炭表征及对水中阿特拉津的吸附3.1.1 SEM 分析原始生物炭和双金属LDH改性生物炭材料的扫描电子显微镜图像如图3-1和图3-2所示。可以看出，原始生物炭呈现出松散的片状。双金属 LDH 改性生物炭的表面与原始生物炭相比发生了明显的变化，经过改性的生物炭材料表面颗粒度变小。不同的改性材料之间存在差异，有热解参过程参与的 BMLP 改性生物炭材料的表面颗粒粒径和孔径明显小于共成沉淀法直接制备的 BCL 改性生物炭材料。从图中可以看出，BCL 一列的三种材料由于其颗粒度都较大，材料呈现出块状或片状。而 BMLP 一列因其颗粒度较小，呈现出细小颗粒状、针状以及层状结构。这些结构特征表明 BMLP 可能具有更高的比表面积，从而拥有更好的吸附性能。这是三种材料的制备过程中热解和非热解所带给来差别。其中 BMLP-Z 材料表面颗粒度最小

SEM图,生物炭,改性材料

【参考文献】